本發(fā)明涉及無(wú)人直升機(jī)航跡規(guī)劃領(lǐng)域，特別是一種無(wú)人機(jī)快遞自動(dòng)充電樁的設(shè)置規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展中，物流行業(yè)扮演著極為重要而不可或缺的角色。而今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，又引起電子商務(wù)的迅速崛起。電子商務(wù)的普及，使得購(gòu)物方式更加多樣、更加便捷。近幾年來(lái)，快遞產(chǎn)業(yè)的發(fā)展很大程度上受益于電子商務(wù)的發(fā)展，并且面臨越來(lái)越多新的挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年全年，全國(guó)快遞服務(wù)企業(yè)的業(yè)務(wù)量累計(jì)完成206.7億件，同比增長(zhǎng)48％，面臨著巨大的快遞投送任務(wù)。如何提高投送效率、節(jié)約人力成本，是當(dāng)前快遞行業(yè)發(fā)展面臨的最嚴(yán)峻問(wèn)題之一。

今天，伴隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的興起，越來(lái)越多的快遞公司開(kāi)始將目光投向采用無(wú)人機(jī)來(lái)投送包裹。相比傳統(tǒng)的快遞送貨模式，無(wú)人機(jī)可以不受地面交通的限制，且路徑幾乎為直線，顯著提高了投送效率；尤其對(duì)于偏遠(yuǎn)郊區(qū)的快遞投送，采用無(wú)人機(jī)可以大大降低人力成本。另外，當(dāng)今充電技術(shù)的發(fā)展，有助于解決無(wú)人機(jī)的續(xù)航問(wèn)題，從而顯著加大無(wú)人機(jī)的活動(dòng)范圍。為了使無(wú)人機(jī)能夠準(zhǔn)確高效地投送快遞，合理的路徑規(guī)劃及充電樁設(shè)置必不可少。

本發(fā)明中用到的名詞解釋如下：

快遞無(wú)人機(jī)：能夠投遞快件并可通過(guò)充電樁自主充電的無(wú)人機(jī)。本發(fā)明中提到的無(wú)人機(jī)都指這種類型的無(wú)人機(jī)。

路徑規(guī)劃：飛行器能夠滿足飛行任務(wù)約束條件的飛行軌跡。

快遞集散中心：快遞公司的快件集中地，快件在這個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行集中處理、分撿、分類、派件。

快遞站點(diǎn)：指區(qū)域內(nèi)設(shè)置的所有快遞投送點(diǎn)，設(shè)置有快遞柜、能自動(dòng)接收無(wú)人機(jī)快遞的站點(diǎn)。

無(wú)人機(jī)自動(dòng)充電樁：可自動(dòng)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行充電的設(shè)備。

最大單次飛行距離L_max：無(wú)人機(jī)在滿負(fù)載情況下，充滿電后考慮安全裕量的最大飛行路程長(zhǎng)度，根據(jù)無(wú)人機(jī)的性能參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在本發(fā)明的實(shí)施例中取L_max＝10km。

旅行推銷商問(wèn)題：又稱為TSP問(wèn)題(Traveling Salesman Problem，TSP)，它是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域一個(gè)非常經(jīng)典的問(wèn)題，該問(wèn)題可以簡(jiǎn)單地表述為：假設(shè)有n座城市，要求找出一條最短且封閉的旅行路線，使推銷商訪問(wèn)其中每座城市僅一次。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)人機(jī)快遞自動(dòng)充電樁的設(shè)置規(guī)劃方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種無(wú)人機(jī)快遞自動(dòng)充電樁的設(shè)置規(guī)劃方法，包括以下步驟：

1)假設(shè)區(qū)域內(nèi)共有n個(gè)快遞站點(diǎn)，對(duì)區(qū)域內(nèi)的所有n個(gè)快遞站點(diǎn)(包括快遞集散中心)進(jìn)行路徑規(guī)劃，使得無(wú)人機(jī)從快遞集散中心出發(fā)、經(jīng)過(guò)每個(gè)快遞站點(diǎn)僅一次且最后返回到快遞集散中心的總飛行路程最短；這一步具體的求解方法與采用遺傳算法求解TSP問(wèn)題完全相同，很多相關(guān)文獻(xiàn)都有詳細(xì)介紹，這里不再贅述；

2)在步驟1)規(guī)劃出的最優(yōu)路徑上，將快遞集散中心命名為第1號(hào)站點(diǎn)，并按順時(shí)針或者逆時(shí)針?lè)较蛞来谓o其余的各個(gè)快遞站點(diǎn)命名，最后一個(gè)快遞站點(diǎn)命名為第n號(hào)站點(diǎn)；然后，計(jì)算出相鄰站點(diǎn)與站點(diǎn)之間的距離，設(shè)從第1號(hào)快遞站點(diǎn)(快遞集散中心)到第2號(hào)快遞站點(diǎn)的距離為S₁、第2號(hào)快遞站點(diǎn)到第3號(hào)快遞站點(diǎn)的距離為S₂、…、第n號(hào)快遞站點(diǎn)返回到快遞集散中心的距離為S_n，假設(shè)S_i∣_{i∈(1，2，…，n)}≤無(wú)人機(jī)最大單次飛行距離L_max；

3)以m號(hào)站點(diǎn)為起點(diǎn)，首先令m＝1；

4)找出滿足S_m+S_m+1+…+S_i≤L_max且S_m+S_m+1+…+S_i+S_i+1>L_max的i值，在第i+1號(hào)快遞站點(diǎn)設(shè)置一個(gè)無(wú)人機(jī)自動(dòng)充電樁；

5)以第i+1號(hào)快遞站點(diǎn)為起點(diǎn)，令m＝i+1，繼續(xù)按照步驟4)的規(guī)則，選擇下一個(gè)合適的快遞站點(diǎn)設(shè)置充電樁；

6)以此類推，直至找出所有需要加設(shè)充電樁的快遞站點(diǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：本發(fā)明在一張城市快遞站點(diǎn)分布圖中，首先通過(guò)一種高效的路徑算法將所有站點(diǎn)連接起來(lái)，且使得總路徑最短；再根據(jù)無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力自動(dòng)選擇合適的快遞站點(diǎn)設(shè)置充電樁，使得充電樁的數(shù)量最少且能保證無(wú)人機(jī)在完成所有快遞投送任務(wù)后仍可安全地返回到快遞集散中心。這樣，無(wú)人機(jī)可以在一次任務(wù)中遍歷該城市的全部快遞站點(diǎn)并安全返回到起點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例總的路徑規(guī)劃及充電樁的設(shè)置站點(diǎn)選擇示意圖。在圖中所示的一個(gè)30km×30km矩形區(qū)域內(nèi)總共設(shè)置有15個(gè)快遞站點(diǎn)，它們的(橫坐標(biāo)x，縱坐標(biāo)y)分別為：站點(diǎn)1(9，3)，站點(diǎn)2(16，4.5)，站點(diǎn)3(20.5，6.5)，站點(diǎn)4(23，2.5)，站點(diǎn)5(30，5)，站點(diǎn)6(25，10)，站點(diǎn)7(18，13)，站點(diǎn)8(24，19)，站點(diǎn)9(21，23)，站點(diǎn)10(12，20)，站點(diǎn)11(8，23)，站點(diǎn)12(8，28)，站點(diǎn)13(1.5，25)，站點(diǎn)14(4，18)，站點(diǎn)15(3，9)，其中，站點(diǎn)1為快遞集散中心，各坐標(biāo)的單位為km。

圖2為本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的主要任務(wù)是確定一種無(wú)人機(jī)快遞自動(dòng)投送的最短路徑規(guī)劃以及無(wú)人機(jī)充電樁設(shè)置方法，該方案的具體實(shí)現(xiàn)方式可用示例演示如下：

(1)如圖1所示，在規(guī)定的30km×30km城市區(qū)域內(nèi)總共設(shè)置了15個(gè)快遞站點(diǎn)，站點(diǎn)1設(shè)置為快遞集散中心；取無(wú)人機(jī)最大單次飛行距離L_max＝10km；

(2)基于旅行推銷商問(wèn)題的解決方法，采用遺傳算法，從站點(diǎn)1出發(fā)遍歷15個(gè)快遞站點(diǎn)規(guī)劃出一條經(jīng)過(guò)所有站點(diǎn)僅一次且路程最短的封閉路徑(這一步具體的求解方法與采用遺傳算法求解TSP問(wèn)題完全相同，很多相關(guān)文獻(xiàn)都有詳細(xì)介紹，這里不再贅述)；路徑規(guī)劃的結(jié)果如圖1中標(biāo)有箭頭的封閉路線所示，在這條路徑上我們?cè)O(shè)置無(wú)人機(jī)按逆時(shí)針?lè)较蝻w行，各站點(diǎn)的命名如圖上所示，第1號(hào)站點(diǎn)為快遞集散中心；

(3)如圖1所示，各相鄰快遞站點(diǎn)之間的距離都已經(jīng)計(jì)算并標(biāo)出(單位為km)，如圖中各軌跡段中部旁邊的數(shù)字所示。由圖可知S₁＝7.16km<10km，S₁+S₂＝12.08km>10km，因此，滿足S_m+S_m+1+…+S_i≤L_max且S_m+S_m+1+…+S_i+S_i+1>L_max的i的值為1，而i+1＝2，故需要在第2號(hào)快遞站點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)自動(dòng)充電裝置；

(4)接著，再以第2號(hào)快遞站點(diǎn)為起點(diǎn)，即令m＝2，由圖可知S₂＝4.92km<10km，S₂+S₃＝9.64km<10km，S₂+S₃+S₄＝17.07km>10km，因此，滿足S_m+S_m+1+…+S_i≤L_max且S_m+S_m+1+…+S_i+S_i+1>L_max的i值為3，而i+1＝4，故應(yīng)在第4號(hào)快遞站點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)自動(dòng)充電樁；

(5)以此類推，直至將所有需要設(shè)置充電樁的站點(diǎn)找出，如圖1所示，標(biāo)記有大圓環(huán)的快遞站點(diǎn)即是應(yīng)該安裝充電樁的快遞站點(diǎn)；

(6)在設(shè)置好的各個(gè)充電站點(diǎn)，無(wú)人機(jī)可以自主充電補(bǔ)充電量，以此便能飛經(jīng)此區(qū)域內(nèi)的所有快遞站點(diǎn)安全地完成快遞投送任務(wù)。